基于三维形貌特征的岩石节理峰值剪切强度准则研究

引入3个在一定范围内独立于测量尺度的三维形貌参数表征岩石节理形貌,并基于形貌参数建立了新的岩石节理峰值剪切强度准则。同时采用新准则和Barton公式计算了23对岩石节理的峰值剪切强度并与室内直剪试验结果对比,新准则的计算值与试验结果较为接近而Barton公式在一定程度上低估了节理剪切强度,表明新准则能更好地描述节理峰值剪切强度。新准则的三维形貌参数反映了不同形貌特征对剪切强度的贡献,物理意义明确,并且形貌参数可在一定范围内采用任意尺度测量,因而有利于新准则的工程应用。进一步分析表明：在规则齿形节理情况下,新准则可退化到Patton公式的形式,因而新准则实质是Patton公式的三维推广。     

压裂中水力裂缝穿过天然裂缝判断准则

为准确预测水力压裂过程中水力裂缝是否会穿过天然裂缝及其穿出方向,基于弹性力学理论,建立了水力裂缝穿过天然裂缝的判断准则,并给出了水力裂缝穿出天然裂缝时穿出角度的计算方法。计算结果表明：在给定逼近角下对应有确定的水力裂缝穿过天然裂缝所需的水平主应力比值范围,超过或低于这个范围水力裂缝将不能穿过天然裂缝;高逼近角及高水平主应力比值下水力裂缝易直接穿过天然裂缝;在相同逼近角下,水平主应力比值越大,穿出方向总是倾向于靠近增大的水平主应力方向。     

隧道穿越断层破碎带震害机理研究

首先对汶川“5.12”等各次大地震中跨越断层破碎带隧道震害进行了资料调研,然后通过振动台模型试验及数值计算对跨断层破碎带隧道的动力响应进行了研究,研究内容主要包括围岩与隧道结构的加速度响应特性、地层变形及衬砌结构内力分布规律等。分析结果表明：震害调研结果、振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性,穿越断层破碎带隧道在地震中易于产生破坏;隧道断层带段围岩有较大的加速度响应特性,加速度响应在断层接触段不连续;地震过程中断层带段隧道结构对地层具有明显的追随性和依赖性;断层带隧道错动破坏主要由断层带隧道围岩与较好段围岩位移不同步性而造成的位移差值引起,且位移差值与断层带和隧道较好围岩类型有关;隧道断层破碎带段与较好围岩段衬砌结构横断面具有基本相同的内力分布规律,衬砌内力在共轭45°方向最大,但断层破碎带段衬砌具有最大的内力峰值,更易于在地震过程中产生破坏等。以上成果对于合理认识跨越断层破碎带隧道的地震响应特征具有重要意义,可为隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。     

疏排桩-土钉墙组合支护基坑整体稳定性分析

疏排桩-土钉墙组合支护是疏排桩与土钉墙组合形成的一种新型支护形式,是复合土钉墙发展的趋势之一。目前这一支护结构已在工程中应用,但对其的整体稳定性分析,目前尚未有统一的较好的理论分析方法。分别采用刘斌（2011）方法和有限元强度折减法计算疏排桩-土钉墙组合支护基坑的整体稳定性安全系数,并将两种方法的计算结果与离心机试验安全系数以及滑裂面位置进行对比分析。对比结果表明,采用刘斌（2011）方法计算得到的安全系数比强度折减法的计算值更接近于试验值,刘斌（2011）方法更适用于疏排桩-土钉墙组合支护的整体稳定性分析。     

双向耦合剪切条件下饱和砂土动强度特性试验研究

针对饱和粉细砂,利用双向耦合多功能剪切仪进行了均等固结条件下的循环耦合剪切试验。应用已有的动强度定义,着重研究了双向动荷载的相位差β,双向动荷载的幅值比值λ对砂土动强度及孔压特性的影响。实验结果表明,砂土液化动强度与相位差β及幅值之比λ密切相关,现有的动强度定义在复杂加载情况下具有一定局限性;双向动荷载相位差β以及幅值比值λ对孔隙水压力增长速度影响显著,但对归一化孔隙水压力发展模式没有显著的影响。     

考虑不排水抗剪强度空间变异性的条形基础极限承载力随机分析

目前有关抗剪强度参数随深度变化对地基稳定性影响的研究还不深入。为此,提出了考虑土体不排水抗剪强度均值和标准差随深度变化的地基稳定性随机分析方法。建立了表征不排水抗剪强度空间变异性的不平稳随机场模型,采用Karhunen-Loeve（KL）展开离散随机场。探讨了土体不排水抗剪强度参数空间变异性对地基极限承载力的影响规律,并比较了不排水抗剪强度参数平稳和不平稳随机场模型对地基稳定的影响。以不排水黏性地基稳定随机分析问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明：考虑不排水抗剪强度参数空间变异性时,地基极限承载力均值和标准差随相关距离的增大而增大,地基极限承载力对竖直向相关距离更为敏感。地基极限承载力均值随不排水抗剪强度变异系数的增加而减小,标准差随变异系数的增加而增加。不排水抗剪强度变异性对地基失效概率有明显的影响,安全系数较大时,不排水抗剪强度相关距离越小,地基失效概率越小。与不排水抗剪强度参数的不平稳随机场相比,不排水抗剪强度的平稳随机场模型会高估地基极限承载力的变异性,在相同的安全度水平下,当地基的安全系数较低时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的低估;当地基安全系数较高时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的高估。     

深部软弱岩体峰后等效力学模型及数值计算研究

软弱岩体给深部开采工程中的巷道支护等带来一系列棘手的问题,深入研究深部软弱岩体峰后非线性破坏行为,对于保证深部巷道围岩的安全稳定性具有十分重要的意义。基于连续介质理论及量化GSI围岩评级系统,依据Hoek-Brown强度准则,通过理论分析并结合前人的研究成果详细论证了等效节理岩体应变软化模型在深部岩体力学理论上的科学性与可行性。采用程序语言在FLAC^3D中编写等效节理岩体应变软化模型,分别采用常规弹塑性模型与应变软化模型对比分析深部围岩开挖面空间效应曲线;结合深部竖井支护工程设计及现场应用等进行了算例验证。得出结论如下：等效节理岩体应变软化模型所体现软弱岩体峰后强度参数衰减规律表明：岩体峰后行为受岩体质量等级和围压的影响较大,围岩在峰后卸载过程中软化参数并不是恒定值,而是随着围压的大小而变化;通过对深部软弱围岩开挖面空间约束效应曲线的计算可知,基于Mohr-Coulomb和Hoek-Brown强度准则的理想弹塑性模型计算结果基本一致,弹塑性模型与应变软化模型的计算结果相差较大,主要体现在中等地质指标范围;现场实际应用表明,等效节理岩体应变软化模型能够较为真实的反映深部软弱岩体的峰后力学行为,并在围岩地质强度指标与岩体连续介质理论之间建立联系,便于工程应用,并可为类似工程提供借鉴。     

格子Boltzmann方法研究岩石粗糙裂隙渗流特性

为研究岩石粗糙裂隙水力特性,建立了基于格子Boltzmann的压力模型。通过对3组不同试件（平板光滑裂隙、矩形非吻合裂隙、随机隙宽裂隙）的模拟,拟合出流量与平均隙宽的关系。研究结果表明,在所计算的10种工况中,3组裂隙中的水流都接近于层流。只有平行光滑裂隙中的水流的流量与平均隙宽近似成立方关系,矩形非吻合裂隙和随机隙宽裂隙中的流量与平均隙宽呈现超立方关系。改变平均隙宽和进出口压力都会导致流量与平均隙宽的关系变化。同时,进出口压力的改变也会造成两者之间产生次立方关系。     

初始环境温度对聚羧酸系减水剂性能的影响

进行了未掺减水剂和掺两种不同功能型聚羧酸系减水剂在不同初始环境温度下的混凝土坍落度保持性能、凝结性能及强度性能的影响规律研究。结果表明,随着环境温度的升高,掺聚羧酸系减水剂混凝土的坍落度保持率均呈线性下降,未掺减水剂与掺聚羧酸系减水剂混凝土的初凝时间均呈线性缩短,聚羧酸系减水剂初凝时间差均是先减小后增大,未掺减水剂与掺聚羧酸系减水剂混凝土的1 d抗压强度均呈对数关系增长,28 d抗压强度则变化不明显,聚羧酸系减水剂的1 d抗压强度比均是呈降低趋势,28 d抗压强度比变化则均不明显。     

钢管壁开洞组合柱试件受剪性能试验研究

为研究钢管壁开洞钢管混凝土组合柱的受剪承载力及加强措施的效果,对1个管壁不开洞和3个管壁开洞的组合柱试件进行受剪试验。结果表明:试件为剪切破坏;管壁开洞降低了试件的受剪承载力;加强措施提高了管壁开洞试件的受剪承载力。最后,提出了管壁开洞但采取加强措施组合柱的受剪承载力计算公式,试件受剪承载力计算值与试验值吻合较好。